“PERMEABILIDAD DE SUELOS”
FICA-UNHEVAL
“ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL” CIVIL”
“AÑO
DE LA PROMOCIÓN DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y DEL COMPROMISO CLIMÁTICO ”
INFORME N° 1-!1"-EAPIC-FICA-UNHEVAL
AL
:
ING. ER ERASMO AL ALEJANDRO FE FERNADEZ SI SIXTO DOENTE DEL URSO GEOTEN!A I
DEL #A$
:
FECHA
:
ASUNTO
:
GRUPO "# GRUPOS$
%U&NUO' () DE ABRIL DEL 2*(#
DAR A CONOCER LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS REALI%ADOS EN EL LABORATORIO LABORATORIO DE SUELOS S UELOS
NOS %ES GRATO DIRIGIRNOS A USTED PARA %AERLE LLEGAR NUESTROS M&S OORDIALES SALUDOS + A LA ,EZ' POR MEDIO DE ESTE DOUMENTO' PASAMOS A DETALLAR EL TRABAJO TRABAJO REALIZADO REALIZADO ENTRE LOS LOS D!AS DEL DEL PRESENTE MES DE ABRIL' ON EL FIN DE %AER UMPLIMIENTO A LOS PLANES AAD-MIOS PROGRAMADOS EN EL URSOS DE GEOTECNIA I.
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INTRODUCCIÓN La necesidad de acumular volúmenes importantes de agua o de otros líquidos con fines de desarrollo urbano industrial y/o agrícola, obliga al hombre a construir lagunas artificiales de grandes dimensiones .el diseño y la construcción de estas estructuras hidráulicas muchas veces presentan problemas específicos que hacen que la tecnología usual de las presas no resulte directamente aplicable a estos sus aspectos. s común que en las lagunas artificiales se almacenan escaso contaminante o de alto valor económico, por lo que reviste una especial importancia el control de las filtraciones. sto ha dado lugar a los últimos años al desarrollo de nuevas t!cnicas de impermeabili"ación lo que permitirá obtener valores más cercanos a la realidad por ende a brindar un óptimo diseño y construcción de estas importantes estructuras hidráulicas. speramos que el presente documento constituya una guía para todos los estudiantes que inician sus estudios en la carrera de ingeniería civil.
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PRESENTACIÓN
Los estudiantes de la escuela acad!mico profesional de ingeniería civil, de la #$niversidad %acional &ermilio 'aldi"án( de &uánuco, a trav!s del curso de geotecnia ), a cargo del ing. rasmo *le+andro ernánde" -ito ponen a consideración de la comunidad estudiantil de la $nheval y la población huanuqueña, el presente informe titulado #permeabilidad de los suelos(, reali"ado en el laboratorio, a fin de que sirva como referencia para futuros traba+os de investigación de los estudiantes de la facultad y de otras instituciones. ste informe fue reali"ado gracias al traba+o coordinado del equipo de estudiantes y ba+o la supervisión del el docente del curso. -i bien es cierto, el resultado no es tan eacto, por los diferentes inconvenientes que puede reali"arse durante el proceso.
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DEDICATORIA
* dios por darnos la vida y a nuestros padres con admiración y cariño por el apoyo permanente e incondicional que nos brindan para lograr nuestros ob+etivos propuestos.
OBJETIVOS
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OBJETIVO GENERAL
0eterminar el coeficiente de permeabilidad de un suelo fino a trav!s de la creación y diseño de un permeámetro de carga variable, con el cual se obtengan datos confiables y veraces que resulten de gran apoyo a la comunidad estudiantil especialmente a la rama de ingeniería civil.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
*prender los procedimientos eperimentales para calcular el coeficiente de permeabilidad del suelo utili"ando permeámetro de carga variable. 0esarrollar un modelo físico de un permeámetro de carga variable, en base a las bibliografías y manuales de referencia consultados. *nali"ar e interpretar los resultados obtenidos en la práctica, con el ob+etivo de evaluar la confiabilidad del equipo según las normas establecidas.
1. GENERALIDADES Objetivos: 0eterminar el valor del coeficiente de permeabilidad 1 de un suelo.
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Definii!n: 2ermeabilidad de un suelo es la capacidad del mismo para permitir el flu+o de un fluido, líquido o gas, a trav!s suyo. n el campo de la 3eotecnia se estudia el flu+o de agua. P"ini#io $e% ens&'o: Los suelos están formados por partículas minerales sólidas que de+an vacíos entre ellas. stos vacíos están interconectados y permiten el flu+o de agua a trav!s de ellos. sto convierte a los suelos en materiales permeables al agua. l grado de permeabilidad es determinado aplicando a una muestra saturada de suelo una diferencia de presión hidráulica. l coeficiente de permeabilidad es epresado en t!rminos de velocidad. ste fenómeno es gobernado por las mismas leyes físicas en todos los tipos de suelos y la diferencia en el coeficiente de permeabilidad en tipos de suelos etremos es solo una cuestión de magnitud. ()to$os: ()to$os $i"etos4 su principal ob+etivo es la determinación del coeficiente de permeabilidad. 2ueden dividirse en4 &* Ens&'os $e %&bo"&to"io4 2ermeámetro de carga constante4 para suelos de alta permeabilidad, como arenas y gravas. 2ermeámetro de carga variable4 para suelos de mediana permeabilidad a ba+a permeabilidad, como limos y arcillas. b* Ens&'os $e &+#o. 5!todos indirectos4 tienen como finalidad principal la determinación de algún otro parámetro o propiedad del suelo y se los utili"a cuando es imposible aplicar algún m!todo directo o como verificación. &allan el valor del coeficiente de permeabilidad a partir de la curva granulom!trica, del ensayo de consolidación, de la prueba hori"ontal de capilaridad y otro.
MARCO TEORICO
La permeabilidad es una propiedad hidráulica de los suelos, donde el suelo permite hasta cierto grado particular, un movimiento de agua perceptible a trav!s del mismo en estado saturado. La permeabilidad se mide en unidades de área, se considera a los suelos
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compuestos de grava y arena como de alta permeabilidad, mientras a los suelos arcillosos como muy poco permeables. La permeabilidad de los suelos depende de varios factores4 viscosidad del fluido distribución del tamaño de los poros distribución granulom!trica relación de vacíos rugosidad de las partículas minerales grado de saturación del suelo. n los suelos arcillosos, la estructura +uega un papel importante en la permeabilidad. 6tros factores mayores que afectan la permeabilidad de las arcillas son la concentración iónica y el espesor de las capas de agua adheridas a las partículas de arcilla. * continuación eplicaremos un poco más sobre los factores que depende la permeabilidad4
Visosi$&$ $e% f%,i$o4 la capacidad de adherirse de un cuerpo a otro debido a su densidad. La viscosidad del fluido en los poros 7normalmente agua8. * medida que la temperatura aumenta, la viscosidad del agua disminuye y el coeficiente de permeabilidad aumenta es decir, la velocidad de flu+o aumenta. l coeficiente de permeabilidad se ha normali"ado a 9:; <, de forma que el coeficiente de permeabilidad a cualquier temperatura T se puede epresar con respecto a K20, por medio de la siguiente ecuación4
0onde nt y n9: son las viscosidades de los fluidos a la temperatura = del ensayo y a 9:;, respectivamente. s posible utili"ar la viscosidad absoluta 6 la viscosidad cinemática del fluido.
E% t&+&-o ' fo"+& $e %os "&nos $e s,e%o.: &a"en estudió el uso de arenas en filtros para obras hidráulicas 7ca. )>?:8, y concluyó que para arenas limpias y gravas el coeficiente de permeabilidad puede epresarse aproimadamente como4
2ara un rango de 0 entre : .) @ 0):@ A.: mm. l 0):que se utili"a es el diámetro correspondiente al ):B más fino en tamaño de la muestra obtenido de la curva de distribución granulom!trica y epresado en cm. La presencia de partículas angulares y laminares tienden a reducir 1 más que cuando el suelo está compuesto predominantemente por partículas redondeadas y esf!ricas.
Re%&i!n $e v&/os: -e han hecho varios intentos para correlacionar el
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G"&$o $e s&t,"&i!n $e% s,e%o: * medida que aumenta el grado de saturación, el coeficiente de permeabilidad aparente tambi!n se incrementa. n parte este aumento se debe a la disminución en la tensión superficial. l origen del resto del aumento se desconoce, pues es difícil determinar 1 a menos que se considere continuidad del flu+o a trav!s del medio.
(ETODOS PARA (EDIR EL COEFICIENTE DE PER(EABILIDAD l coeficiente de permeabilidad de un suelo es un dato cuya determinación correcta es de fundamental importancia en algunos problemas de mecánicas de suelo y, en muchos casos para la elaboración de cálculos. &ay varios procedimientos para la determinación de la permeabilidad de los suelos4 unos 0FG<=6-, así llamados porque se basan en pruebas cuyo ob+etivo fundamental es la medición de tal coeficiente otros F%0FG<=6-, proporcionados, en forma secundaria, por pruebas y t!cnicas que primariamente persiguen otros fines. stos m!todos son los siguientes4
& DIRECTOS
2ermeámetro de carga constante. 2ermeámetro de carga variable. 2rueba directa de los suelos en el lugar.
b
F%0FG<=6
0e todos los m!todos mencionados nos centraremos más en definir el 2G5*5=G6 0 <*G3* '*GF*HL, ya que es el tema a tratar en este informe, tambi!n aremos mención en forma efímera la definición del 2G5*5=G6 0 <*G3* <6%-=*%=.
Dete"+in&i!n en %&bo"&to"io $e %& #e"+e&bi%i$&$ 0os pruebas estándar de laboratorio se usan para determinar la permeabilidad hidráulica del suelo4 la prueba de carga constante y la prueba de carga variable. La primera se usa principalmente para suelos de grano grueso. -in embargo, para los de grano fino, las
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tasas de flu+o a trav!s del suelo son muy pequeñas y se prefieren por ello las pruebas de carga variable. * continuación se da una breve descripción de cada prueba.
P",eb& $e %& &"& onst&nte $n arreglo típico de la prueba de permeabilidad ba+o carga constante se muestra en la figura I.I. n este tipo de arreglo de laboratorio, el suministro de agua se a+usta de tal manera que la diferencia de carga entre la entrada y la salida permanece constante durante el periodo de prueba. 0espu!s que se ha establecido una tasa constante de flu+o, el agua es recolectada en una probeta graduada durante cierto tiempo. l volumen total de agua Q recolectada se epresa como4 J D *.v. t D * 71i8 t
0onde * D área de la sección transversal de la muestra de suelo t D duración de la recolección del agua *demás, como4 iDh/L 0onde L D longitud del esp!cimen, la ecuación 7I.)A8 se sustituye en la ecuación 7I.)98 K se obtiene
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l inconveniente del permeámetro es que, en suelos pocos permeables, el tiempo de prueba se hace tan largo que de+a de ser practico usando gradientes hidráulicos ra"onables. $na ve" definido los factores del cual depende la permeabilidad y el permeámetro de carga constante, *remos mención y definiremos conceptos más relacionados con respecto al permeámetro de carga variable ya que es el tema central.
P",eb& $e %& &"& v&"i&b%e n este tipo de permeámetro se mide la cantidad de agua que atraviesa una muestra de suelo, por diferencia de niveles en un tubo alimentador. *l e+ecutar la prueba se llena de agua el tubo vertical del permeámetro, observándose su descenso a medida que el agua atraviesa la muestra.
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aD área del tubo vertical de carga 7bureta8 *D área de la muestra LD longitud de la muestra h)D carga hidráulica al principio de la prueba h9D carga hidráulica al final de la prueba hcD altura de ascensión capilar, que debe deducirse de la lectura total del tubo de carga tD tiempo requerido para la carga hidráulica pase de h) a h9
dt ,
la cantidad de agua 7cmA8 que atraviesa la muestra será, según la
7a8 *l mismo tiempo, en el tubo vertical, el agua habrá tenido un descenso del agua que atravesó la muestra en el tiempo dt podrá epresarse4
dh
y el volumen
7b8 Fgualamos 7a8 y 7b8 e integramos4
2or lo tanto se demostró la formula como hallar la constante de permeabilidad en un PER(EATRO DE CARGA VARIABLE.
Los permeámetros y concretamente el de carga variable, pueden usarse solo en suelos relativamente permeables, generalmente arenas y limos o me"clas de esos materiales, no
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plásticas. La permeabilidad de arcillas se determina en laboratorio con la prueba de consolidación. La ra"ón es que la ba+a permeabilidad de las arcillas daría lugar a tiempos de tan largos que la evaporación y cambios de temperatura producirán errores de mucha consideración.
s conveniente que las muestras que se usen en pruebas de permeabilidad sean pequeñas, pues ello presenta varias venta+as de orden práctico.
2ueden e+ecutarse más pruebas en menor tiempo. sto permite, tambi!n, reali"ar una verificación de la aproimación general obtenida, lo cual es difícil de precisar en una sola prueba con muestra grade.
Las muestras grandes se rompen con mucha frecuencia en las manipulaciones por el contrario, las pequeñas son menos dele"nables y quebradi"as, pues aun por presión capilar, una arena tiene características favorables.
Las dimensiones de los permeámetros pueden escogerse entre límites muy amplios, dependiendo del =amaño y carácter de las muestras escogidas o disponibles. Los tubos de carga y los alimentadores pueden tener casi cualquier altura que se desee dar. n el caso de materiales muy impermeables7arcillas8, ya se di+o que el permeámetro de carga variable, tal como se ha descrito, no resulta útil por ser los tiempos de prueba demasiado largos de manera que las p!rdidas por evaporación se torna importantes. n estos casos se ha procurado aumentar el gradiente hidráulico por presión, a fin de incrementar la velocidad de filtración del agua circulante, disminuyendo así los tiempos de prueba.
MATERIALES:
balde de capacidad de )9 litros 9 metros tubo transparente de A/> 9 llaves de paso I nifles ) metro de tubo de M pulgada ) metro 5anguera transparente de ) pulgada $nión de tubo de M pulgada 9 reducctores de AN9 Geductores de 9N) spon+a de una pulgada ):): cm A: cm de tubo transparente de 9 pulagas ) codo de M pulagada 2iedra poOes
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) coladera A tefones 9cintas adhesivas ) pegamento 9 siliconas P fi+adores de tubo
PROCEDI(IENTO: P&"te 1: 2ara reali"ar el armado y ensambla+e de la maqueta de permeabilidad empe"amos comprando los materiales anteriores nombrados. ). mpe"amos uniendo una de las llaves de paso con la unión de M pulgada
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9. sta unión de M pulgada se le une un tipo de agua de M pulgada A. l tubo conectado con anterioridad lo volvemos a conectar a un tubo de =, en la parte del medio del tubo.
I. stas coneiones se refuer"an con el teflón para evitar las fugas.
P. *l tubo = las dos coneiones paralelas se les une un tubo transparente de M pulgada, el tubo tendrá un largo de aproimadamente ) metro.
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Q. *l final de tubo conectamos con el tubo de M pulgada
R. 0espu!s se reali"a la misma coneión de la llave de paso con un tubo de M pulgada.
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>. n la siguiente imagen veremos el soporte que reali"o para sostener la estructura
P&"te 0:
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sta parte consta de se ubicara la muestra de suelo en el permeámetro, para esto la estructura tiene que ser lo más eacta posible4 ). 2ara la coneión del tubo de M pulgada con el nifle, y hasta unión se le suma el codo. 9. l codo se conecta con la reducción )N9 A. K el reductor de )N9 y de 9NA
I. $samos el balde de )9 litros para contener el envase de la muestra P. $samos el colador de mallas de metal para sostener el envase de la muestra de suelo
Q. La unión del envase con los reductores de da con una envase de rosca, para evitar la filtración usamos la plastilina, y la ayuda de la cámara de llanta para la presión.
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K el resultado final fue4
RESULTADOS
Da/01 4a56/a a 2.*(( A 73.7(8 L 2(.#
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T&b%& N1. 0atos que se obtienen de la maqueta 0onde4 a4 Srea de la sección transversal de la manguera 7que hace papel de bureta8 *4 Srea de la sección transversal donde está contenida a muestra L4 Longitud de muestra contenida en el recipiente
M61/ En1a0 9a N; ( ( 2 ( 2 2
/
%0
%<
*
(**.#
28.>)
7#.#
*
?7.)
27
7(.)
*
(**.#
)28
7#
*
(**.#
= *.*(*)#(*8 8 *.*((8?(7( 7 *.***7?3#? 8
*.***723#* 8 T&b%& N0. 0atos obtenidos del ensayo )8#
7#
0onde4 t4 =iempo tomado al punto en consideración &o4 *ltura desde el rebalse hasta el punto inicial en consideración &f4 *ltura tomada desde el rebalse hasta el punto final en consideración 14
k
=
aL Ho ln At Hf
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AN2LISIS DE RES3LTADOS -egún la siguiente tabla podemos observar que al calcular el coeficiente de permeabilidad podemos determinar el tipo de suelo de acuerdo al rango establecido.
T&b%& N4. 'alores típicos de permeabilidad para suelos saturados 0e acuerdo a la tabla anteriormente señalada podemos decir que la permeabilidad hallada de la muestra %;) en sus dos ensayos está en el rango del tipo A"en& G",es&. 5ientras que la permeabilidad hallada de la muestra %;9 en sus dos ensayos pertenece al rango del tipo A"i%%& %i+os&.
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Tndice
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*%U6-
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BIBLIOGRAFÍA
ME&NIA DE SUELOS JUAREZ BADILLO MANUAL DE LABORATORIO DE SUELOS JOSEP% E. BO@LES BRAJA.M.DAS LAMBE %UGO ARBAJAL UNI,ERSIDAD NAIONAL DE INGENIERIA GABRIELA SOUTO LUIS MAURIIO SALINAS PEREIRA Página 23
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%UANA BORDA
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